Синхронизация между стандартными потоками C++ и C

Функция std::ios::sync_with_stdio используется для установки синхронизации между стандартными потоками C++ и стандартными потоками C.

По умолчанию, эта синхронизация включена, это означает, что потоки C++ и C могут быть использованы вместе, и их буферы будут иметь правильный порядок.
Вызов std::ios::sync_with_stdio(false) может увеличить производительность ввода/вывода, но после этого стандартные потоки C++ и C не должны использоваться вместе.

Этот код используется для быстрого чтения и записи данных, что особенно полезно в соревновательном программировании.

Здесь мы также отвязываем std::cin от std::cout, что дополнительно увеличивает скорость ввода/вывода и используем \n вместо std::endl, т. к. std::endl выполняет отчиску буфера и может замедлить вывод.

Флаг компиляции -fPIC

-fPIC используется для генерации позиционно-независимого кода (Position Independent Code, PIC).
Это означает, что сгенерированный код может быть исполнен независимо от его абсолютного адреса в памяти.

Это особенно полезно при создании динамических библиотек, которые могут быть загружены в произвольное место в памяти во время выполнения.

Результатом применения этого флага будет объектный файл, который содержит позиционно-независимый код. Этот объектный файл затем может быть использован для создания динамической библиотеки, которую можно загрузить и использовать во время выполнения других программ.

#вопросы_с_собеседований
Что такое internal linkage?

internal linkage (внутреннее связывание) означает, что имя (например, переменная или функция) видимо и доступно только в пределах файла (или, точнее, в пределах трансляционной единицы), в котором оно определено. Это означает, что если у вас есть два разных файла с исходным кодом, и в каждом из них определено имя с внутренней связью, то эти два имени считаются разными и не конфликтуют друг с другом.

Внутреннюю связь в C++ можно установить несколькими способами. Например, если вы определите переменную или функцию как static, она будет иметь внутреннюю связь. Также, имена в безымянных пространствах имен (anonymous namespaces) имеют внутреннюю связь.

Template Method

Паттерн Template Method относится к поведенческим шаблонам проектирования и предоставляет скелет алгоритма в базовом классе, позволяя подклассам переопределять некоторые шаги алгоритма без изменения его структуры.

Этот паттерн часто используется в разработке фреймворков, где каждый подкласс реализует неизменные части архитектуры домена, оставляя "заполнители" для опций настройки.

В этом примере AbstractClass определяет шаблонный метод TemplateMethod(), который состоит из вызовов различных операций в определенной последовательности. Некоторые из этих операций делегируются подклассам ConcreteClass1 и ConcreteClass2.

Aggregate initialization

Aggregate initialization — это форма инициализации, которая позволяет инициализировать агрегаты (объекты определенных типов) с использованием фигурных скобок и списка значений. Агрегаты могут быть одним из следующих типов:

- Массивы
- Структуры или классы без пользовательских конструкторов, без закрытых или защищенных нестатических членов данных, без базовых классов и без виртуальных функций.

В этом примере мы создаем структуру Point, которая содержит два целочисленных поля x и y. Затем мы инициализируем объект p1 этой структуры с помощью aggregate initialization, указывая значения для x и y в фигурных скобках. Аналогично, мы инициализируем массив arr с помощью списка значений в фигурных скобках.

Uniform initialization

Uniform initialization — это способ инициализации переменных и объектов, который был введен в стандарте C++11. Он представляет собой универсальный и более предсказуемый способ инициализации, который использует фигурные скобки {} вместо круглых () или присваивания =.

Преимущества uniform initialization включают:
- Предотвращает узкое преобразование (narrowing conversion), которое может привести к потере данных.
- Обеспечивает одинаковый синтаксис для инициализации всех типов данных и структур.
- Позволяет инициализировать объекты, которые ранее не могли быть инициализированы, такие как массивы и структуры.

*Важно отметить, что uniform initialization не всегда работает так, как ожидается, особенно в случае с перегруженными конструкторами. В некоторых случаях, компилятор может выбрать не тот конструктор, который вы ожидали, что может привести к неожиданному поведению.

cereal

Библиотека cereal для C++ — это гибкая и эффективная библиотека для сериализации, которая поддерживает множество форматов, включая бинарные, XML и JSON. Она может быть использована в различных областях, где требуется сохранение и восстановление состояния объектов.

В этом примере мы создаем структуру MyData и сохраняем ее состояние в файле с помощью cereal::BinaryOutputArchive. Затем мы восстанавливаем структуру из этого файла с помощью cereal::BinaryInputArchive. В конце мы выводим значения полей m2, чтобы убедиться, что состояние было правильно восстановлено.

Boost.Serialization

Boost.Serialization — это часть обширной библиотеки Boost и предоставляет мощные возможности для сериализации и десериализации объектов. Она поддерживает большинство типов данных C++, включая пользовательские типы, и может сериализовать данные в различные форматы, включая двоичный, текстовый и XML.

Boost.Serialization может использоваться для сохранения состояния программы, передачи данных между процессами и постоянного хранения данных.

В этом примере мы создаем объект MyClass с именем obj1 и сохраняем его состояние в файле с помощью boost::archive::text_oarchive. Затем мы восстанавливаем объект obj2 из этого файла с помощью boost::archive::text_iarchive. В конце мы выводим значения полей obj2, чтобы убедиться, что состояние было правильно восстановлено.

#вопросы_с_собеседований
Что такое cache miss и как это выявить?

Cache miss — это событие, когда система или приложение делает запрос на получение данных из кэша, но эти данные в данный момент отсутствуют в кэш-памяти. В результате системе или приложению приходится делать вторую попытку найти данные, на этот раз в более медленной основной базе данных.

Чтобы выявить cache miss в C++, вы можете использовать инструменты профилирования, которые могут анализировать события, связанные с кэшем. Некоторые из таких инструментов включают:

Cachegrind: инструмент для профилирования кэша, который является частью набора инструментов Valgrind. Cachegrind может анализировать поведение кэша вашего приложения и предоставлять информацию о cache miss и других событиях, связанных с кэшем.
Perf: инструмент для профилирования производительности в Linux, который может использовать аппаратные счетчики процессора для анализа событий, связанных с кэшем.
OProfile: еще один инструмент для профилирования производительности в Linux, который также может использовать аппаратные счетчики процессора для анализа событий, связанных с кэшем.

std::atomic

std::atomic является частью библиотеки <atomic>, которая была введена в C++11 для поддержки операций с атомарностью. Атомарные операции гарантируют, что операции будут выполнены как единое, неделимое действие, что особенно важно в многопоточном программировании, чтобы избежать состояний гонки.

std::atomic может быть использован в любом месте, где требуется безопасность потоков, например, при обновлении глобальных или общих переменных в многопоточной среде.

В этом примере у нас есть глобальная переменная counter, которую мы хотим инкрементировать в двух разных потоках. Без использования std::atomic мы могли бы столкнуться с состоянием гонки (race condition), когда оба потока пытаются обновить counter одновременно. Однако, поскольку мы используем std::atomic<int>, каждое обновление counter является атомарной операцией, и состояние гонки не происходит.

Ключевое слово friend

friend в C++ используется для предоставления доступа к закрытым (private) и защищенным (protected) членам класса другим классам или функциям. Это позволяет создавать более гибкие и тесные взаимодействия между классами или функциями, не нарушая инкапсуляцию.

friend может применяться к функциям или классам. Если функция объявлена как friend класса, она получает доступ ко всем закрытым и защищенным членам этого класса. Если класс объявлен как friend другого класса, все его методы получают доступ к закрытым и защищенным членам другого класса.

В этом примере чтобы предоставить функции printVolume доступ к закрытым членам класса Box, мы объявляем ее дружественной функцией с помощью ключевого слова friend. Теперь функция printVolume может обращаться к закрытым членам класса Box и вычислять объем коробки.

std::runtime_error

std::runtime_error является классом исключений в стандартной библиотеке C++, который наследуется от класса std::exception. Этот класс предназначен для представления ошибок, которые обнаруживаются во время выполнения программы.

std::runtime_error обычно используется для создания пользовательских исключений, которые могут возникнуть из-за ошибок во время выполнения, таких как некорректные аргументы функции, неправильная работа с памятью или другие ошибки, которые нельзя обнаружить на этапе компиляции.

В данном случае, переменная b равна нулю, поэтому при вызове функции divide будет выброшено исключение. В блоке catch мы перехватываем исключение и выводим сообщение об ошибке.

#вопросы_с_собеседований
Как запретить наследовать класс?

Чтобы запретить наследование класса в C++, вы можете объявить класс как final.

Ключевое слово final указывает компилятору, что класс не может быть использован в качестве базового класса для других классов. Если попытаться наследовать от класса, объявленного как final, компилятор выдаст ошибку.

class Base final {
    // ...
};

class Derived : public Base {
    // ...
};
// Ошибка компиляции: класс Base объявлен как final

Pure virtual function

Pure virtual function (чисто виртуальная функция) — это виртуальная функция, для которой мы можем иметь реализацию, но мы должны переопределить эту функцию в производном классе, иначе производный класс также станет абстрактным классом.
Чисто виртуальная функция объявляется путем присваивания в объявлении.

В этом примере у нас есть абстрактный базовый класс Shape, который содержит чисто виртуальную функцию draw(). Мы не можем создать объект класса Shape, так как он является абстрактным классом.
Затем мы создаем два производных класса Circle и Rectangle, которые переопределяют функцию draw().
В функции main() мы создаем объекты circle и rectangle, а также указатель на базовый класс Shape. Мы устанавливаем указатель на объекты circle и rectangle и вызываем функцию draw() для каждого из них.

Ленивые вычисления в С++

lazy evaluation — это стратегия вычислений, при которой вычисления откладываются до тех пор, пока результат не станет действительно необходимым. Это позволяет оптимизировать производительность и ресурсоемкость программы, избегая ненужных вычислений.

Ленивые вычисления могут быть реализованы с использованием различных подходов, таких как отложенное вычисление (deferred evaluation), вычисление по требованию (on-demand evaluation) и мемоизация (memoization).

В этом примере вычисления выполняются только при первом обращении к числу Фибоначчи с определенным индексом, после чего результат сохраняется в контейнере memo для последующего использования. Это позволяет избежать повторных вычислений и оптимизировать производительность программы.

#вопросы_с_собеседований
Как работает RTTI?

RTTI расшифровывается как "Run-Time Type Information" и является функцией в C++, которая предоставляет информацию о типе объекта во время выполнения. Она позволяет вам динамически запрашивать и манипулировать информацией о типе объекта.

В C++ информация о типе объектов обычно представлена механизмом, называемым классом type_info. Класс type_info является частью стандартной библиотеки C++ и определяется в заголовке <typeinfo>.

Чтобы использовать RTTI в C++, необходимо включить функцию RTTI, указав флаг компилятора -frtti или включив его в настройках проекта.

RTTI особенно полезен, когда у вас есть указатель на базовый класс или ссылка на объект производного класса. RTTI обеспечивает безопасную передачу указателя базового класса в производный класс и выполнение определенных операций. Для этого используется оператор dynamic_cast, который выполняет динамическое приведение и возвращает указатель или ссылку целевого типа, если приведение корректно, или нулевой указатель, или выбрасывает исключение, если приведение не удалось.

#вопросы_с_собеседований
Что такое copy elision и когда становится возможным? Какие особенности для разных стандартов?

copy elision - это техника оптимизации компилятора в C++, которая позволяет устранить ненужные операции копирования или перемещения при возврате объектов из функций или инициализации объектов. Это позволяет компилятору оптимизировать создание и уничтожение временных объектов, в результате чего код становится более эффективным.

copy elision становится возможной в сценариях, определенных стандартом C++. Соответствующее положение стандарта называется правилом "as-if", которое позволяет компилятору оптимизировать программу до тех пор, пока она производит такое же наблюдаемое поведение, как и исходный код.

- C++98/03: copy elision не является обязательной, но разрешена в качестве оптимизации. RVO* и NRVO* - обычные оптимизации, выполняемые компиляторами. *(Return Value Optimization, Named Return Value Optimization)
- C++11: Правила copy elision были пересмотрены. RVO и NRVO стали обязательными в некоторых случаях. copy elision также может происходить при выбросе исключений.
- C++17: Правила исключения копирования были еще более смягчены. Именованные переменные могут быть созданы или присвоены без необходимости выполнения операции перемещения. Эта оптимизация называется "mandatory copy elision".
- C++20: Правила исключения копирования остались такими же, как и в C++17.

Важно отметить, что хотя копирование является широко поддерживаемой оптимизацией, оно все еще зависит от реализации компилятором. Компиляторы могут иметь различное поведение или ограничения в отношении copy elision. Поэтому её использование для оптимизации поведения или производительности может быть непереносимым в различных компиляторах или версиях.

Алгоритм partial_sort

Используется для сортировки не всего диапазона, а только его части.

Он переставляет элементы в диапазоне [first, last) таким образом, что элементы до середины сортируются в порядке возрастания, тогда как элементы после середины остаются без какого-либо определенного порядка.

Алгоритм move_backward

Перемещает элементы одного итератора в другой.

Перемещение начинается с последнего элементом в указанном диапазоне и завершается первым элементом в этом диапазоне.

Алгоритм fill_n

Алгоритм используется для заполнения некоторых значений по умолчанию в контейнере.

Он принимает начало итератора и количество позиций n в качестве аргументов и заполняет первую позицию n , начиная с позиции, указанной параметром begin , заданным значением.

Синтаксис:
void fill_n (начало итератора, int n, значение типа);